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制造系统建模与仿真的案例研究

7.5 制造系统建模与仿真的案例研究

7.5.1 板材加工柔性制造系统配置与参数的优化

1．板材加工FMS概述

板材加工是机械制造的重要组成部分。板材成形的零件广泛应用于计算机、家用电器、仪器仪表、控制柜、汽车以及通信产品中，如图7-30所示。

图7-30 板材成形零件示例

20世纪80 年代以后，发达国家的板材加工设备开始向数控化转变，出现了数控冲床（NC Punching）、数控剪板机（NC Shearing）以及数控折弯机（NC Bending）等系列数控加工设备。但是，独立的数控化板材加工设备存在生产效率低、加工成本高、车间物流管理混乱、产品质量难以控制等缺点。

1967年，英国人研制成功世界上第一条柔性制造系统（FMS）。1979年，世界上第一条板材加工FMS在日本三菱电机公司研制成功。柔性加工方式具有高效率、高柔性、高质量以及高度自动化等优点，填补了流水线的大批量生产方式与数控加工小批量生产方式之间的空白。FMS的出现给机械制造业带来了深远影响。在欧洲、美国和日本等地区已出现多家专业生产板材数控及柔性加工设备的公司，如意大利Salvagnini、芬兰Finn-Power、日本Marata以及德国Trumpf等。板材加工FMS可以为企业带来显著的经济效益。例如：日本Yaskawa公司投产一条板材加工FMS 后，操作人员由23人减少为9.5人，材料利用率由76.9%提高到91.4%，占地面积由725m2减少为377m2，外包加工费由37800美元/月减少为3000美元/月，零件库存费用由41640美元/月减少为7500美元/月，材料种类由10种减少为7种。

20世纪80年代末，板材柔性加工设备开始进入我国市场。广西柳州开关厂、上海第二纺织机械厂、江苏扬中长江集团以及南京电力自动化设备厂等多家企业先后从国外引进生产线。1991年，我国第一条自主开发的板材加工FMS研制成功，在长城开关厂投入使用。1992年，我国第二条自行研制的板材加工FMS在上海机床附件三厂投入运行。近年来，扬州扬力集团、济南铸锻所等先后开发出板材加工柔性生产设备。图7-31为扬力集团开发的板材柔性加工自动生产线，图7-32为济南铸锻所开发的C1板材加工FMS结构组成。

图7-31板材柔性加工自动生产线图7-32 C1板材加工FMS 的结构组成

与金属切削加工相比，板材加工具有以下特点：① 不同产品在结构复杂性、生产批量等方面有很大差异。② 板料的加工过程以单张板料为单位，而出入库操作多以托盘（pallet ）为单位，一次可以完成数十张板料的出入库操作。③ 板材零件的加工工序数较少，多数零件只需要完成冲压（punching ）和剪切（shearing ）两道工序，一些零件还需要完成折弯（bending ）操作。为减少装夹和定位次数，提高生产效率和加工质量，同时具有冲压和剪切功能的数控冲压-剪切复合机床应用越来越广泛。④ 同类型机床之间通常具有可替代性，不同类型机床因功能不同、不可相互替换。

按照功能，板材加工FMS 可以分为三个部分：① 自动化加工系统由数控冲床、数控剪床、数控折弯机等数控加工设备及其上下料辅助装置组成。② 自动化物料储运系统由立体仓库、堆垛机、出入库站台以及上下料小车组成。③ 计算机控制与管理系统由数据库服务器、CAD/CAM 计算机、计划与监控计算机、单元控制器、监控与管理程序等软硬件组成。

不同板材加工FMS 的区别在于数控加工设备的性能和数量、立体仓库的规模、堆垛机的数量及服务能力、系统的调度规则等。在板材加工FMS 中，堆垛机负责板料和零件的出入库操作，是板材加工FMS 物流系统的核心。图7-33为板材加工FMS 的配置示意图。

图7-33 板材加工FMS 的配置示意图

2．板材加工FMS 仿真的目标与策略

板材加工FMS 属于离散事件动态系统。在建立仿真模型时需解决以下问题：① 仿真模型的

元素构成。②分析和定义FMS中的典型事件。③分析事件的发生对系统状态和性能的影响。

由板材加工FMS的运行过程可知，系统运行时存在下列事件：（1）板料到达：待加工板料进入FMS。（2）板料/零件入库：板料从出入库站台进入立体仓库。（3）板料/零件出库：待加工板料/零件由堆垛机取料出库。（4）加工开始：板料或零件到达指定机床开始加工。（5）加工结束：板料或零件在指定机床完成加工任务。（6）设备故障：系统中的设备发生故障，不能继续工作。（7）设备修复：设备从故障状态恢复到正常状态。（8）小车到达：小车到达装卸目的地。（9）堆垛机取料：堆垛机将托盘从立体仓库中取出放到上料小车上。（10）堆垛机存料：堆垛机将托盘从小车存放到立体仓库中。（11）小车运行：小车开始运行。（12）小车到达：运料小车到达目的地。（13）上料：上料装置进行上料。（14）下料：下料装置下料。（15）板料回库：未加工完的板料送回仓库。（16）零件入库：加工后的零件进入仓库。（17）零件离开：零件加工完毕，离开系统。

事件的发生为FMS运行时的路由选择提供可能，也是FMS系统柔性的体现。实际上，事件的发生点也是FMS调度和控制的决策点，决策点处的调度规则将影响仿真结果和系统性能，各决策点处调度策略共同决定了的FMS总体性能。

为评价不同参数设置和决策规则对FMS性能的影响，仿真时采用以下两种方法：（1）修改模型中元素的参数或操作逻辑来控制模型元素的行为。（2）设定不同的决策规则以控制系统的进程流向。其中，第一种方法主要用于定义系统的基本结构，求解FMS的基本性能指标，如生产能力、设备利用率以及瓶颈位置等；第二种方法可以用来评估不同调度策略对系统性能的影响，为FMS 动态调度和控制提供决策依据。

本仿真研究的目标包括：（1）在配置给定的情况下，预测FMS的性能。（2）当配置给定时，通过仿真评估不同调度规则对FMS性能的影响，为FMS优化调度提供依据。（3）比较不同配置下FMS性能（如生产率、设备利用率等）的变化，以实现系统配置的优化。

在板材加工FMS中，堆垛机是物流系统的核心，堆垛机的参数和配置直接影响FMS的总体性能。通过分析，确定堆垛机最大服务能力的判定依据为：（1）堆垛机具有较高的利用率。（2）数控冲床、数控剪床等加工设备具有利用率较高，并且没有发生因堆垛机服务能力有限而形成的堵塞现象。（3）在加工任务和堆垛机服务能力不变的前提下，单纯地增加加工单元数已经不能有效地缩短加工任务的完成时间。

本仿真研究采取的策略包括：

（1）在加工任务和加工单元参数不变的前提下，改变堆垛机的参数，如运行速度、出入库操作时间、停放点以及服务规则等，以评估堆垛机参数对FMS性能的影响。

（2）在加工任务不变的前提下，从两个加工单元开始，通过增加加工单元的数量，分析FMS 性能的变化，以判定堆垛机能提供有效服务的加工单元最大数目。所采用的性能指标包括：①仿真运行时间。②加工单元的利用率。③加工单元的堵塞率。④堆垛机的利用率。

就堆垛机而言，冲压-剪切加工和折弯加工对堆垛机使用过程并无本质不同。两者的区别在于：冲压-剪切后的零件多有入库要求，而折弯后的零件则无需入库。此外，为提高生产效率，板材加工FMS中多采用冲、剪合一的机床。下面均以冲压-剪切复合加工作为基本加工单元进行仿真研究。

3．以堆垛机参数设置为中心的仿真研究

设板材FMS中有两个参数相同的冲压-剪切加工单元（图7-34）。现有2000张板料等待加工，

托盘每次可载料40张，单张板料冲压-剪切所需时间为150秒。堆垛机满载速度为5mpm、空载速度为10mpm、取料及存料时间均为45秒。上料点到立体仓库的平均距离为8.0米，立

体仓库至下料点的平均距离为8.0米，下料点至出入库站的平均距离为10.0米。

图7-34 具有2个冲压-剪切加工单元的仿真模型

在上述参数下，完成加工任务所需时间（完工时间）为42.89小时，FMS中主要设备的性能分别如表7-23和表7-24所示。

表7-23 加工单元的性能指标

名称利用率加工设置空闲等待堵塞故障

（%）（%）（%）（%）（%）（%）（%）

单元1 97.14 97.14 0.00 2.86 0.00 0.00 0.00

单元2 97.14 97.14 0.00 2.83 0.00 0.02 0.00

表7-24堆垛机的性能指标

完工时间使用平均每次平均每次使用堵塞率利用率

（小时）次数使用时间的运行时间（%）（%）

42.89 150 226.00 55.52 0.00 27.35

由仿真结果可知：在板材加工FMS中，虽然堆垛机负责板料出入库、加工后零件出入库以及板料回库等多种任务，但由于物料的运储过程是以托盘上的多张板料为单位，堆垛机的利用率较低，它具有为更多加工设备提供服务的能力。

保持模型其他参数不变，通过改变堆垛机的参数设置，可以分析堆垛机参数对FMS性能的影响，为堆垛机技术参数的选择提供理论依据。仿真方案和主要性能指标比较见表7-25。

表7-25 堆垛机技术参数与FMS性能指标的对比分析

下面对表7-25中的仿真结果作一些讨论：

（1）方案1至方案4的区别在于：堆垛机停放点不同。从仿真结果可知，不同停放地点对加工单元利用率和系统效率有较大影响。实际上，不同停放地点意味着堆垛机实际运行距离的不同。

（2）方案3与方案5的区别在于：堆垛机技术参数不同。从仿真结果可知，方案3的完工时间为31.44小时，堆垛机利用率为39.22%；方案5的完工时间为30.47小时，堆垛机利用率为21.53%，完工时间减少0.97小时，减少幅度为3.08%。堆垛机的性能参数对FMS性能具有重要影响。

（4）方案5与方案6的区别在于：堆垛机的调度规则不同。从仿真结果看，两方案的性能指标完全相同。这主要是由于该系统配置简单，路径柔性较低，不同的调度规则未能发挥作用。

4．考虑堆垛机服务能力的仿真研究

下面通过改变FMS中加工单元的数量以评估堆垛机的服务能力。设板材FMS的加工任务、加工单元性能以及其他参数均与上节相同。其中，具有6个冲孔-剪切加工单元的板材FMS仿真模型布局如图7-35所示。

图7-35 具有6个冲孔-剪切加工单元的仿真布局图

在上述参数下，完成2000张板料加工，具有6个冲孔-剪切加工单元的完工时间为17.24 小时。主要性能指标分别如表7-26和表7-27所示。

表7-26 加工单元的性能指标

名称利用率加工设置空闲等待堵塞故障

（%）（%）（%）（%）（%）（%）（%）

单元1 97.15 86.99 0.00 2.85 0.14 10.02 0.00

单元2 96.86 86.99 0.00 3.14 0.14 9.73 0.00

单元3 88.13 77.32 0.00 11.87 0.13 10.68 0.00

单元4 89.84 77.32 0.00 10.16 0.13 12.39 0.00

单元5 90.22 77.32 0.00 9.78 0.13 12.76 0.00

单元6 90.59 77.32 0.00 9.41 0.13 13.14 0.00

表7-27堆垛机的主要性能指标

名称调度时间使用平均每次堵塞率利用率

（小时）次数使用时间（%）（%）

堆垛机17.24 150 226.00 0 71.04

由表7-26和表7-27可知，6个加工单元的利用率均在90%左右，堆垛机的利用率也达到71.04%。但是，6个加工单元分别存在从9.73%到13.14%不等的堵塞现象。堵塞的原因是堆垛机服务能力的不足。堵塞造成的结果是形成加工单元的等待，造成资源浪费和系统效率下降。因此，在上述参数条件下，堆垛机不具备为6个冲孔-剪切加工单元提供有效服务的能力。

为评估堆垛机的最大服务能力，改变以下模型参数：（1）改变堆垛机参数。（2）减少FMS中冲孔-剪切加工单元的数目，以确定堆垛机的最大服务能力，实现板材FMS的最佳配置。

表7-28为在保持模型其他参数不变的前提下，堆垛机参数与冲孔-剪切加工单元的堵塞率之间的关系。由表7-28可以看出，提高堆垛机的行驶速度、减少堆垛机出入库操作的时间，能有效地提高堆垛机的服务能力。例如：当堆垛机的满载速度和空载速度分别由10mpm和5mpm提高到16mpm和8mpm时，6个加工单元的堵塞率接近于0，完工时间缩短到15.67小时，比原方案降低9.11%。

表7-28 堆垛机参数与冲孔-剪切加工单元堵塞率之间的关系

表7-29为在保持堆垛机参数不变，即满载速度为5mpm、空载速度为10mpm、取料及存料时间为45秒的前提下，通过改变冲孔-剪切单元数目，冲孔-剪切单元性能指标的变化。

表7-29 冲孔-剪切加工单元数与单元堵塞率之间的关系

从表7-28和表7-29可以得出以下结论：

（１）随着加工单元数量的增加，堆垛机的利用率大幅度提高，完工时间也有效缩短。例如：2个加工单元时，堆垛机利用率为27.35％，完工时间为42.89小时，而6个加工单元时，堆垛机利用率为71.04％，完工时间为17.24小时。

（２）由表7-29中数据可知：加工单元数量的增加与完工时间的缩短不完全成反比关系。随

着单元数量的增加，完工时间减少趋于不明显。原因在于：堆垛机的服务能力不足造成了加工单元的空闲、等待及堵塞。

从表7-29可知：当系统中有2个加工单元时，单元的堵塞率为0；当增加到6个加工单元时，单元的平均堵塞率达到10%左右。进一步的仿真表明：随着单元数量的增加，加工单元的堵塞率更高，完工时间缩短越来越不明显，此时单纯地增加加工单元数量已毫无意义。

（３）在现有参数下，就堆垛机的服务能力而言，一台堆垛机可以为4个冲孔-剪切加工单元提供有效服务，使堆垛机具有较高的利用率、加工单元保持较低的堵塞率。

7.5.2 汽车发动机再制造生产线瓶颈工序分析与性能优化

1．汽车发动机再制造概述

汽车是现代工业文明的重要标志。近年来，我国汽车工业发展迅速，汽车产销量和保有量均呈快速增加趋势，其中汽车产量由2002年的325万辆增加到2012年的2000万辆。2009年以来，我国汽车产销量连续居全球首位。

随着汽车保有量的不断增加，因汽车工业发展带来的资源浪费和环境污染等问题也日益突出。汽车生产时需要消耗大量的矿产资源（如钢铁、铝、铜、塑料等），汽车使用过程中消费大量的石油资源。汽车尾气排放是城市空气污染的重要源头。据统计，大气中38.5％的CO、87.6％的NO x、11.7%的CO2以及6.2％的SO2来源于汽车尾气。汽车的更新换代产生大量废弃物（如废旧塑料件、油污、重金属等），报废汽车不仅占用了大量土地，还造成严重的环境污染。严峻的事实迫使人们关注汽车再制造（remanufacturing）。

20世纪80年代以来，工业发达国家纷纷制定政策或颁布法律，开展对包装材料和报废产品（如家电、汽车等）的回收利用工作。例如：1986年起，德国先后颁布《循环经济与废物管理法》、《包装条例》、《限制废车条例》等法规，规定废弃物处理的优先顺序为“避免产生-循环使用-最终处置”；1996年，欧盟实施《包装和包装废品指令》，其中要求：到2006年，包装材料的回收率要达到90％，单一材料的循环利用率要达到60％。

其中，对汽车回收利用影响最大的是欧盟颁布的“报废汽车指令”。2000年9月，欧盟颁布《关于报废汽车（end-of-life vehicle，EL V）的指令》，并在欧盟范围内实施。该指令要求：①汽车制造商、汽车原材料及设备制造商在设计汽车时要减少有害物质的使用。②汽车制造商在设计和生产汽车时，要尽量简化汽车的拆卸、再利用、回收和再循环过程。③汽车制造时要增加循环材料的使用。④ 2003年7月1日以后上市的汽车产品中不得含有汞、六价铬、镉或铅等有害成分。⑤对2002年7月1日之后投放市场的汽车，制造商将支付所有汽车回收及再制造费用。⑥自2007年1月1日起，不论车辆的使用年限，制造商将负责所有回收及再制造费用。⑦ 2006年1月1日，汽车零部件循环利用率达到85%，到2015年循环利用率提高到95％。

ELV指令不仅针对欧盟各成员国的汽车制造商，而且要求各成员国的汽车进口商也要负责汽车的回收利用。因此，EL V指令也成为全球汽车制造商必须遵守的技术法规。在该指令的推动下，工业化国家纷纷制定、修改有关汽车回收利用的法律法规。

世界知名的汽车制造厂（如BMW、Ford、Peugeot、FIAT等）都将汽车零部件再制造上升到企业发展战略的高度给予重视，并在结构设计、材料选用、制造工艺、再制造工艺等方面开展研究。1994年，中国重型汽车集团与英国Sandwell公司合资成立国内第一家汽车发动机再制造公司—济南复强动力有限公司。此外，上海大众联合发展公司也开展发动机再制造业务。

汽车中的大多数零部件都可以实现再制造，如发动机、传动装置、离合器、转向器、启动机、化油器、闸瓦、水泵、空调压缩机、油泵等。其中发动机是汽车中的核心部件，也最具有再制造价值。目前，国内汽车再制造主要集中在发动机、变速器、电机等附加值较高的零部件上。图7-36所示为再制造前后的汽车发动机对比图。

a ）再制造前的发动机

b ）再制造后的发动机

图7-36 再制造前后的发动机对比

济南复强公司通过对3000台斯太尔发动机的统计分析发现：可直接再利用的零件数量占23.7%、重量占14.4%、成本占12.3%；经再制造工艺可以重复使用的零件数量占62%、重量占80.1%、成本占77.8 %。按每年再制造一万台发动机计算，可实现回收价值3.59亿元、节省金属3105.8?吨、创造利税0.36亿元、节省电力1600万度，减少CO 2排放4107.1~3.1?吨。因此，汽车再制造具有重要的经济价值和社会意义。图7-37为复强公司的再制造生产车间。

图7-37 济南复强公司的再制造生产车间

本节以发动机再制造生产车间为研究对象，在仿真建模和仿真实验的基础上，通过对系统中资源配置及机床利用率等性能数据的分析，判断发动机再制造中的瓶颈工序，并通过对瓶颈工序改进，实现生产线性能的优化。

2. 发动机再制造仿真模型的建立

再制造件通常具有多品种、小批量、交货周期短、回收件质量以及制造工艺存在较大差异等特点。根据产品结构，发动机再制造主要由缸体生产线、缸盖生产线、曲轴生产线、连杆生产线以及其他小件生产线等组成。其中，缸体、缸盖、曲轴和连杆是汽车发动机的主要部件。考虑到

其他小件的工况及加工工艺各异，本次仿真中不予考虑。

以某型发动机再制造为例，设生产能力为年产15000台发动机，按每天三班制（24小时）排定班次，通过仿真寻找系统的瓶颈工位，通过修改系统配置实现系统性能的优化。由发动机的再制造工艺，建立发动机再制造流程图如图7-38所示。再制造过程用到的设备包括物理超声波清洗设备、等离子喷涂机、立式珩磨机床、缸体磨床、气门磨床、铣床、振动时效设备、曲轴磨床、磁粒探伤仪、热处理炉、抛光机、纳米刷镀设备等。

错误!

显然，其中的每条生产线都属于排队系统模型。当工件到达的速率大于某个工序或某台设备的服务速率时，就会出现排队现象。出现排队现象会使得后续设备处于空闲、等待状态，造成资源浪费和系统性能下降。等待队列会造成系统堵塞、影响系统的生产效率，但盲目地增加设备也会造成设备的闲置浪费。本仿真的目的就是寻找加工对象与加工设备之间的最佳配置，优化系统的生产效率和经济效益。

（1）发动机缸体生产线的仿真与优化

发动机缸体仿真模型的主要元素设置如下：

①实体

本仿真模型中的加工对象为待加工缸体。

②位置

本模型中，位置对应于工艺路线中的工序或设备，如等离子喷涂机、珩磨机、清洗机、铣床、装配处、检查处等。以缸体生产线为例，位置的定义如表7-30所示。

其中，托盘起缓冲作用，使设备具有存放一定数量产品的能力，避免系统因堵塞而引起瘫痪。

③资源

本模型中的资源为小车，它负责在不同设备之间运输工件。小车在不同工位之间的移动需要花费一定时间。在实际生产系统中，可以用物料传送带来代替小车，以提高效率。

④到达

实体的设置包括到达的初始位置、初始时间、时间间隔、每次到达的数量等，具体见表7-31。

表7-31 “到达”的定义

本仿真中，考虑节假日因素，按年产15000再制造发动机计算，实体的到达间隔设定为为一个星期（即10080min），每次到达320个废旧发动机。

⑤处理

根据图7-38所示的工艺流程，可以建立处理过程。以缸体为例，“处理”的具体定义如表7-32所示。

其中，操作（Operation）表示实体在每个位置处执行的动作，一般以Wait语句表示操作所花费的时间。本模型中加工时间服从均匀分布和正态分布。目的地（Destination）表示实体下一步到达的位置。规则（Rules）表示实体执行下一步操作的依据，如按概率、先进先出、随机等。本模型中，数字表示概率条件，First 1表示先进先服务的规则。移动逻辑（Move Logic）表示实体移动的条件，本模型中资源（小车）的运送时间为固定值。numout为模型中定义的全局变量（global variables），用来表示完成加工的缸体数量。

按照ProModel软件的建模步骤，建立缸体生产线仿真模型如图7-39所示。

图7-39 缸体生产线的仿真模型

运行缸体生产线仿真模型，得各位置的性能指标如表7-33所示。

表7-33 优化前缸体各“位置”的性能指标

其中，“加工（%）”表示实体在此当前位置处接受服务时间占仿真总时间的比例；“空闲（%）”指当前位置中没有实体的时间占仿真总时间的比例；“等待（%）”指当前位置处于等待上一位置的实体到达状态所占的比例；“堵塞（%）”是指由于下一个位置服务能力的不足而导致实体需要在当前位置留驻的时间的比例。需要说明的是，由于模型中假设缸体每次到达的数量为320个，使得更换水堵处的堵塞率较高，在本模型中不将它列入瓶颈工序。

由表7-33可以得出以下结论：①生产线的前几个工位堵塞率很高，存在严重的瓶颈现象，影响了系统整体的生产效率。原因是设备数量不足，导致服务能力偏低。②生产线的后几个工位处于空闲状态的比例偏高，设备利用率低。造成空闲的原因包括加工能力过剩、上一个位置处于堵塞状态等。③全局变量numout的数值为6097，即在上述参数和配置下，该生产线一年的缸体产量为6097件，生产能力不能满足要求。

由表7-33的数据可知：缸体在各位置的等待率保持在较合理的水平，而在清洗水检、等离子喷涂、铣床、珩磨机床和磨床处发生了严重堵塞。分析其原因，油道处理工序因服务能力不足，利用率过高，导致了前续工序的堵塞和后续两道工序（清洗和检测）长时间处于空闲状态，从而造成其他资源浪费和系统效率下降，导致整个生产单元能力的下降。

为此，分别增加清洗水检、珩磨机床、等离子喷涂工位设备的数量增加到2，将油道处理设备的数量增加到3，再次运行仿真模型，得到各位置性能如表7-34所示。

表7-34 第一次优化后缸体各“位置”的性能指标

优化后的仿真模型年产量达到13385件，系统性能有了很大提高，前面几个位置的堵塞率不同程度地下降。优化后由于油道处理工位的生产能力提高，导致该工位利用率下降，不再是系统中的瓶颈工位，而磨床处于加工状态的比例上升为94.61%，成为该生产线新的瓶颈工序，并使得前续工序处于堵塞、后续工序处于等待状态。

为此，在前次模型的基础上，将磨床的数量增加到2，建立仿真模型如图7-40所示。再次运行仿真模型，得到各位置性能如表7-35所示。

图7-40 再次修改后的缸体生产线仿真模型

表7-35 第二次优化后缸体各“位置”的性能指标

再次优化后的仿真模型年产量达到15199件，满足生产需求。由表7-35可知，此时系统各工位的堵塞率有明显下降，但是也存在设备空闲率过高的问题，会造成资源的浪费。此时，简单地减少某工位设备的数量虽能减少资源的空闲率，但会使系统产生新的堵塞，并使得系统不能满足生产需求。解决该问题的有效方法是：在提高工人作业效率或改善设备性能的基础上，减少同工位设备的数量，进一步优化系统性能。

（2）发动机缸盖生产线的仿真与优化

按照ProModel软件的建模步骤，建立发动机缸盖生产线模型如图7-41。运行仿真模型，得各位置的性能指标如表7-36所示。

图7-41 缸盖生产线的仿真模型

表7-36 优化前缸盖各“位置”的性能指标

由表7-36可知，缸盖生产线气门珩磨工序处于加工状态的比例高达97.04％，直接导致前续工序的高堵塞率。因此，气门珩磨工序是该生产线的瓶颈环节，需要通过提高加工效率或增加同类型设备等方法加以改进。在上述参数和配置下，缸盖的年产量只有8589件，与生产需求相比存在较大差距。

将气门珩磨设备的数量增加到2，再运行模型，得各位置的性能指标如表7-37所示。

表7-37 第一次优化后缸盖各“位置”的性能指标

在增加气门珩磨设备后，缸盖的年产量增加到10704件，生产线的整体性能比原方案提高24.6％，但与生产需求还有相当大的差距。

由表7-37可知，磨光机工位处于加工状态的比率高达97.21%，成为新的瓶颈工位，并导致前续工序的堵塞。将磨光机的数量增加到2。仿真模型如图7-42所示。

图7-42 再次修改后的缸盖生产线仿真模型

运行仿真模型，缸盖的年产量得到15183件，满足生产需求。各位置的性能指标如表7-38所示。

表7-38 第二次优化后缸盖各“位置”的性能指标

由表7-38可知，系统中各位置的堵塞率很低，但各位置处于空闲状态的比例显著上升，表明系统中设备的加工能力没有充分发挥，造成了设备的闲置。

为此，应寻找既能满足生产需求，又使设备保持较高利用率的有效方法。经过多次仿真，得出结论：当缸盖生产线每周到达365件待加工缸盖时，系统中各设备利用率以及其他性能将达到较合理的水平，并且可以按照每天两班制（16小时）方式组织生产，生产线年产量为15500件，既满足了生产需求，也有利于降低生产成本，并使系统具有一定的弹性。

（3）发动机曲轴生产线的仿真与优化

建立曲轴生产线仿真模型如图7-43所示。运行仿真模型，得各位置性能指标如表7-39所示。

图7-43 曲轴生产线的仿真模型

表7-39 优化前曲轴各“位置”的性能指标

在当前的配置和参数下，曲轴年产量仅为2031件，与生产需求存在相当大的差距。由表7-39可以看出，热处理工位处于加工状态的比例高达99.06%，为系统的瓶颈工位，直接导致前续工序的严重堵塞和后续工序的严重空闲。

因此，应优先考虑增加热处理工位的设备数量，并通过仿真确定最佳的热处理设备数量。仿真表明：当热处理设备增加到3台时，生产线的年产量增加到6036件；此时，再单纯地增加热数理设备的数量对提高系统性能并没有太大作用。将热数理设备数量增加到3台后的系统性能指标如表7-40所示。

表7-40 第一次优化后曲轴各“位置”的性能指标

虽然增加热处理工位的生产能力改善了系统性能，但与生产需求相比仍有相当大的差距。因此，从系统的其他环节查找原因。

由表7-40可以发现，曲轴磨床处于加工状态的比例高达98.17％，成为生产线新的瓶颈工位。

于是，通过仿真对曲轴磨床的数量进行优化。从1台开始增加曲轴磨床的数量。当生产线中具有2台磨床时，曲轴年产量为9331件，各工位性能如表7-41所示。

表7-41 第二次优化后曲轴各“位置”的性能指标

由表7-41可知，此时系统所有工位的堵塞率都降为零，但生产线的产量还未达到预定目标。实际上，除消除内应力工位外，其他工位处于空闲的比例都相当高，而消除内应力工位处于加工状态的比例为92.48%。因此，消除内应力工位成为瓶颈工序，使后续工序处于空闲状态。再将消除内应力工位的设备数量增加到2，建立仿真模型如图7-44所示。

图7-44 再次修改后的曲轴生产线仿真模型

运行该仿真模型，曲轴年产量为15183件，各位置的性能指标如表7-42所示。

表7-42 第三次优化后曲轴各“位置”的性能指标

在目前的配置下，曲轴生产线的生产能力基本能满足生产需求，各工位相对较为平衡。但是，各工位的等待率有所增加，说明曲轴毛坯的到达率不能满足需求。

进一步进行仿真优化，在上述配置情况下，当曲轴到达率为每周360件、按每天两班制（16小时）方式组织生产时，曲轴生产线的年产量可以达到15480件。此时，既能满足生产需求，也能大幅度地减少系统的运行成本。此外，系统中各工位的性能较为合理，各工位之间比较平衡，没有明显的瓶颈工位，是曲轴生产的理想生产调度方案。

（4）发动机连杆生产线的仿真与优化

建立连杆生产仿真模型如图7-45所示。运行仿真模型，连杆的年产量为9943件，不满足生产需求。各位置的性能参数如表7-43所示。

图7-45 连杆生产线的仿真模型

表7-43 优化前连杆各“位置”的性能指标

由表7-43可知，由于珩磨机床的加工能力不足，导致在连杆探伤处存在严重堵塞。此外，珩磨机床、纳米刷镀以及小头孔磨削等工序处于加工状态的比例都很高，均会影响系统的整体性能。将珩磨机床、纳米刷镀和小头孔磨削设备的数量增大到2，建立仿真模型如图7-46所示。

图7-46 修改后的连杆生产线仿真模型

再次运行仿真模型，连杆的年产量为15203件，能满足生产要求。各工位的性能指标如表7-44所示。

表7-44 第一次优化后连杆各“位置”的性能指标

同样地，在上述模型中存在设备处于空闲状态比例过高的问题，造成了资源的闲置和浪费。经过多次修改模型和优化，最终确定在保持生产线设备数量和配置不变的前提下，采用每天两班制（16小时）、加工对象（废旧连杆）的到达率为每周370件时，该生产线的年产量为15747件，满足生产要求。

此时，除重量分组和检测工序的利用率较低外，其余加工工位的利用率在60％~96.57％之间。其中，连杆磨床的利用率（加工＋等待）为96.57%，成为新的瓶颈工位。实际上，在发动机几个基础件中，连杆的再制造工艺相对简单。因此，通过增加瓶颈工序的设备等方法，经过持续改进和优化，还可以使连杆生产线的生产能力得到大幅提升。

但是，发动机是一个有机整体，零部件装配时数量之间需要按比例匹配，否则会造成总装线的不平衡，影响总体效益。一味地添加设备将会造成连杆生产能力的富余，既增加了设备的投入，也会发动机再制造装配线的不平衡。

汽车再制造是一个新兴产业。由于法律法规、环保意识以及技术等方面的原因，再制造的开展并不顺利，废旧汽车的回收利用还存在不少困难。以废旧发动机的再制造为例，每台废旧发动

机的材料、结构、磨损程度、失效模式等都存在差异，同一工序的加工时间、生产成本、制造质量等都存在不确定性。

不确定性对再制造系统的配置和生产调度提出挑战。本节的发动机再制造仿真研究中，在统计分析的基础上，将工序的加工时间设置为均匀分布和正态分布，体现了加工时间的不确定性，并通过仿真实现了生产线的优化配置，并可以为系统的生产调度提供决策支持。

7.5.3 基于仿真和规则的多机并行作业车间生产调度

1. 柔性作业车间调度问题描述

在柔性作业车间（flexible job shop）中，通常每种零件都有多道工序，每道工序有多台并行机床可供选择，同一种零件在不同并行机床上的加工时间也不尽相同。当零件种类和机床种类较多时，柔性作业车间调度就成为一类NP-hard问题。运筹学模型建立在大量假设的基础上，难以反映此类调度问题动态和柔性的特性。基于规则的仿真方法依据一定的规则或策略来决定下一步操作，可以为规则范围内的问题产生合理的调度方案。

本节研究并行机加工速率可变、加工时间服从随机分布的作业车间生产调度问题，以平均完工时间（mean completion time，CT）、平均延迟交货率（average percentage of tardy jobs，T%）和平均资源利用率（average resource utilization，RU）作为评价指标，通过仿真评估路径选择规则、调度规则及其组合对系统性能的影响，为此类系统的生产调度和性能优化提供可行性解决方案。

2．并行作业车间生产调度的仿真逻辑

作业车间生产调度的任务就是根据系统状态，动态地决定工件的加工次序和机器的使用方式，以达到优化资源利用率和系统效率之目的。柔性作业车间生产调度的主要任务包括：①制定路径选择规则（route selection rule，RSR），为各工序选择加工用的机器。②制定分派规则（dispatching rule，DR），确定每台机器上工件加工的先后顺序。显然，柔性作业车间的性能不仅取决于路径选择规则和分派规则，还取决于它们的组合形式。

由于多机并行作业车间的运行过程具有动态性和随机性，调度问题难以表达为确定性的解析模型。仿真技术能够描述系统组成及其逻辑关系，模拟系统的运行过程，为系统动态行为特性研究提供了条件。本节基于仿真研究车间的生产调度问题，并做如下假设：①工件的工艺计划固定不变，即工序的先后顺序不能违背。②每个工件在特定的时刻只能在一台机器上加工。③一台机器一次只能加工一个工件。④工件在加工过程中不能被中断。⑤不考虑机器故障停机，机器在仿真过程中始终可用。⑥加工时间包括工件准备时间。⑦工序在机器上的加工时间服从统计分布，实际加工时间由机器加工速率决定。综上，并行多机作业车间调度的仿真逻辑如图7-47所示。

图7-47 多机并行作业车间调度的仿真逻辑

由于作业车间中存在并行机，相同类型工件的加工工艺路径不尽相同，工件需要通过路径选

物流系统建模与仿真课程设计

课程设计物流系统建模与仿真专业年级2011级物流工程指导教师张莹莹小组成员重庆大学自动化学院物流工程系 2014年9 月12 日

课程设计指导教师评定成绩表项目分值优秀 (100>x≥90) 良好 (90>x≥80) 中等 (80>x≥ 70) 及格 (70>x≥60) 不及格 (x<60) 评分参考标准参考标准参考标准参考标准参考标准学习态度15 学习态度认真，科学作风严谨，严格保证设计时间并按任务书中规定的进度开展各项工作学习态度比较认真，科学作风良好，能按期圆满完成任务书规定的任务学习态度尚好，遵守组织纪律，基本保证设计时间，按期完成各项工作学习态度尚可，能遵守组织纪律，能按期完成任务学习马虎，纪律涣散，工作作风不严谨,不能保证设计时间和进度技术水平与实际能力25 设计合理、理论分析与计算正确，实验数据准确，有很强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献查阅能力强、引用合理、调查调研非常合理、可信设计合理、理论分析与计算正确，实验数据比较准确，有较强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献引用、调查调研比较合理、可信设计合理，理论分析与计算基本正确，实验数据比较准确，有一定的实际动手能力，主要文献引用、调查调研比较可信设计基本合理，理论分析与计算无大错，实验数据无大错设计不合理，理论分析与计算有原则错误，实验数据不可靠，实际动手能力差，文献引用、调查调研有较大的问题创新10 有重大改进或独特见解，有一定实用价值有较大改进或新颖的见解，实用性尚可有一定改进或新的见解有一定见解观念陈旧论文(计算书、图纸)撰写质量50 结构严谨，逻辑性强，层次清晰，语言准确，文字流畅，完全符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸非常工整、清晰结构合理，符合逻辑，文章层次分明，语言准确，文字流畅，符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸工整、清晰结构合理，层次较为分明，文理通顺，基本达到规范化要求，书写比较工整；图纸比较工整、清晰结构基本合理，逻辑基本清楚，文字尚通顺，勉强达到规范化要求；图纸比较工整内容空泛，结构混乱，文字表达不清，错别字较多，达不到规范化要求；图纸不工整或不清晰指导教师评定成绩：

制造系统建模与仿真在工业工程中的应用

制造系统建模与仿真在工业工程中的应用摘要：建模与仿真技术是21世纪信息技术和制造技术结合的桥梁，是使企业产生最大经济效益的核心技术，也是21世纪制造业的一项关键支撑技术。本文阐述了仿真技术在制造业的地位和作用，总结建模与仿真技术的特点，给出了制造业建模与仿真技术的方展方向。关键词：制造系统建模仿真仿真应用系统建模与仿真技术是以相似原理、模型理论、系统技术、信息技术以及建模与仿真应用领域的有关专业技术为基础，以计算机系统、与应用相关的物理效应设备及仿真器为工具，利用模型参与已有或设想的系统进行研究、分析、设计、加工生产、试验、运行、评估、维护、和报废(全生命周期)活动的一门多学科的综合性技术 1制造业建模与仿真技术的地位制造业是国民经济和社会发展的物质基础，是国家综合国力的重要体现；21世纪的制造业仍然是国家经济和国防建设的命脉，也是国家经济实现快速增长的重要因素。制造业是所有与制造有关的企业机构的总体，是国民经济的支柱产业，它一方面创造价值，生产物质财富和新的知识，另一方面为国民经济各个部门包括国防和科学技术的进步与发展提供先进的手段和装备。现代制造的基本特点是大制造和全过程。“大制造”应包括光机电产品的制造、工业流程制造、材料制备等，它是一种广义制造概念。“全过程”，不仅包括从毛坯到成品的加工制造过程，还包括产品的市场信息分析，产品决策，产品的设计、加工和制造过程，产品的销售和售后服务，报废产品的处理和回收，以至产品的全寿命过程的设计、制造和管理。由于国内外市场竞争的加剧，科学技术发展迅速，产品更新换代速度加快及人们对产品多样化的需求增加，先后出现了柔性制造，计算机集成制造、并行工程、虚拟制造、敏捷制造、网络化制造、现代集成制造、下一代制造、综合制造等新的先进制造理念和哲理。但是，从整体来看，制造业的发展离不开先进的信息与知识技术、全面的建模与仿真技术、精密的工艺与装备技术和高效的企业集成技术共四大关键技术。建模与仿真作为一种重要手段，通常可以渗透到先进制造当中去，并帮助先进制造实现集成，从而促进一些先进制造技术的发展。建模与仿真（M＆S）技术在改进产品和过程，缩短市场响应时间，以及降低产品实现的成本方面，具有其它技术无法比拟的重要作用。 2制造业建模与仿真技术的作用当今的制造系统是集现代机械制造、计算机科学和管理工程于一体的综合应用，由于它技术复杂、投资巨大，采用建造实体系统进行研究显然是不合理的。

系统建模与仿真习题2

系统建模与仿真习题二 1. 考虑如图所示的典型反馈控制系统框图 (1)假设各个子传递函数模型为 66.031.05 .02)(232++-+=s s s s s G ，s s s G c 610)(+=，2 1)(+=s s H 分别用feedback （）函数以及G*Gc/(1+G*Gc*H)（要最小实现）方法求该系统的传递函数模型。 (2) 假设系统的受控对象模型为s e s s s G 23 )1(12 )(-+=，控制器模型为 s s s G c 32)(+=，并假设系统是单位负反馈，分别用feedback （）函数以及G*Gc/(1+G*Gc*H)（要最小实现）方法能求出该系统的传递函数模型？如果不能，请近似该模型。 2. 假定系统为： )(0001)(111000100001024269)(t u t x t x ????? ???????+????????????----= [])(2110)(t x t y = 请检查该系统是否为最小实现，如果不是最小实现，请从传递函数的角度解释该模型为何不是最小实现，并求其最小实现。 3. 双输入双输出系统的状态方程：

)(20201000)()(20224264)(75.025.075.125 .1125.15.025.025.025.125.425.25.025.1525.2)(t x t y t u t x t x ??????=????? ???????+????????????------------= （1）试将该模型输入到MATLAB 空间，并求出该模型相应的传递函数矩阵。（2）将该状态空间模型转化为零极点增益模型，确定该系统是否为最小实现模型。如果不是，请将该模型的传递函数实现最小实现。（3）若选择采样周期为s T 1.0=，求出离散后的状态方程模型和传递函数模型。（4）对离散的状态空间模型进行连续变化，测试一下能否变回到原来的系统。 4. 假设系统的传递函数模型为： 222 )(2+++=s s s s G 系统状态的初始值为?? ????-21，假设系统的输入为t e t u 2)(-=。（1）将该传递函数模型转化为状态空间模型。（2）利用公式 ?--+=t t t A t t A d Bu e t x e t x 0 0)()()()(0)(τττ求解],0[t 的状态以及系统输出的解析解。（3）根据上述的解析解作出s ]10,0[时间区间的状态以及系统输出曲线。（4）采用lsim 函数方法直接作出s ]10,0[时间区间的状态以及系统输出曲线，并与（3）的结果作比较。 5. 已知矩阵 ???? ??????----=212332110A （1）取1:1.0:0=t ，利用expm(At)函数绘制求A 的状态转移矩阵，看运行的速度如何？（2）采用以下程序绘制A 的状态转移矩阵的曲线，看运行的速度如何？ clc;clear; A=[0 1 -1;-2 -3 3;2 1 -2]; t=0:0.1:2; Nt=length(t);

生产物流系统仿真与建模课程设计多产品离散型

中北大学课程设计说明书学生姓名：学号：学院：专业：题目：多产品离散型流水作业线系统仿真

指导教师： 2016年 06 月17日

目录 1、课程设计步骤 (4) 1.1模型建立 (4) 1.2参数设置 (5) 1.3 模型运行 (10) 1.4模型优化 (10) 1.5数据统计 (11) 2、总结 (12) 3、参考文献 (13)

生产系统建模与仿真》课程设计题目 1. 题目运用Flexsim软件进行的多产品离散型流水作业线系统仿真 2. 课程设计内容系统描述与系统参数：（1）一个流水加工生产线，不考虑其流程间的空间运输。（2）有三类工件A，B，C分别以正态分布、均匀分布和三角分布的时间间隔进入系统，A进入队列Q1, B进入队列Q2，C进入队列Q3等待检验。（按学号最后位数对应的仿真参数设置按照下表进行）对B进行检验，每件检验用时2分钟，操作工人labor3对C进行检验，每件检验用时3.5分钟。

（4）不合格的工件废弃，离开系统；合格的工件送往后续加工工序，A 的合格率为65%，B的合格率为95%，C的合格率为85%，（5）工件A送往机器M1加工，如需等待，则在Q4队列中等待；B送往机器M2加工，如需等待，则在Q5队列中等待。C送往机器M3加工，如需等待，则在Q6队列中等待。（6）A在机器M1上的加工时间；B在机器M2上的加工时间，C在机器M3上的加工时间，按照下表对应进行。（学号首位数对应的仿真参数设置按照下表进行）（5，1）分钟，装配完成后离开系统。（8）如装配机器忙，则A在队列Q7中等待，B在队列Q8中等待，C在队列Q9中等待。

系统建模与仿真考试题

1.信息时代认识世界（科学研究）的三种方法是：理论研究、（_实验研究_）、（__ 仿真___）。 2.根据系统状态随时间变化是连续性还是间断性的，可将系统划分为（_连续系统_）、（__离散系统__）。 3.系统仿真中的三个基本概念是系统、（__模型_）、仿真。 4.拟对某系统进行研究，首先要对系统作出明确的描述，即确定系统各个要素：实体、属性、活动、（__状态_）、（_事件___）。 ?阶段性知识测试 5.系统仿真有三个基本的活动，即系统建模、仿真建模和（__仿真实验__），联系这三个活动的是系统仿真的三要素，即系统、模型和计算机（硬件和软件）。 6.系统仿真的一般步骤是：（1）调研系统，明确问题、（2）（___设立目标，收集数据 __）、（3）建立仿真模型、（4）编制程序、（5）运行模型，计算结果、（6）（_统计分析，进行决策__） ?阶段性知识测试 7.仿真软件发展经历了四个阶段（1）高级程序语言阶段；（2）仿真程序包、初级仿真语言阶段；（3）商业化仿真语言阶段；(4) （_一体化建模与仿真环境_）阶段。 8.常用的仿真软件有Arena、Automod、MATLAB、Promodel、（__WITNESS______）、（______FLEXSIM___）。 9.求解简单系统问题的“原始”方法是（___解析解决____），借助（___实验__）可大大提高该方法的效率和精度。 ?阶段性知识测试 10.排队系统可简化表示为A/B/C/D/E。其中A为到达模式；B为（服务模式）、C为服务台数量、D为系统容量；E为排队规则。 11.常见的排队规则有：先到先服务、后到后服务、优先级服务、最短处理时间优先服务、随机服务等。请以连线方式将下列排队规则名称的中英文对照起来。先进先出FIFO 后进先出LIFO 随机服务SIRO 最短处理时间优先SPT 优先级服务PR ?阶段性知识测试 12.模型中，习惯称实体为成分。成分可分为主动成分和被动成分。请问排队系统中的随机到达的顾客属于（主动）成分（主动/被动）。 13.事件是改变系统状态的瞬间变化的事情。一般指活动的开始和结束。事件可分为必然事件（主要）、条件事件（次要）、系统事件。其中（______）一般不出现在将来事件表中（FEL）。 14.活动是具有指定长度的持续时间，其开始时间是确定。排队系统主要活动有（_______）和服务活动。 ?阶段性知识测试 15.仿真时钟表示仿真时间的变量。Witness仿真系统中仿真钟用系统变量（TIME）表示。仿真策略，也称仿真算法。离散事件系统适用的仿真策略有（_事件调度法_）、活动扫描法、进程交互法、三阶段法等。 16.建立输入数据模型需要4个步骤：（1）从现实系统收集数据；（2）（_确定输入数据

制造系统建模与仿真知识点1

知识点1 1. 在查阅资料的基础上，了解系统建模与仿真技术在经济建设、新品研发、企业运作以及社会发展中的功能与作用，包括： ①系统建模与仿真技术在制造企业规划与运营中的应用，如企业选址、车间布局、生产线平衡、瓶颈分析等。 ②系统建模与仿真技术在工程开发中的应用，如三峡大坝建设、机场选址、城市及区域规划、大型体育设施建设等。 ③系统建模与仿真技术在工业产品研制中的应用，如长征火箭、神舟飞船、军用及民用飞机研制、高铁列车开发、汽车产品研制等。 ④系统建模与仿真技术在社会服务系统中的作用，如商业服务企业选址、医院选址与布局、商业设施的布局规划、游乐设施规划布局、公交线路布点及班次优化等。 ⑤系统建模与仿真技术在物流系统中的应用，如物流企业选址、配送中心选址与布局、物流系统规划开发、物流设备研制等。 ⑥围绕具体产品（如汽车）或系统（如载人航天工程），分析系统建模与仿真技术的具体应用。 2．什么是系统，它有哪些特点？结合具体的制造系统、物流系统或服务系统，分析系统的组成要素、功能和边界。 3. 什么是制造系统？它有哪些特点？常见的制造系统有哪些类型？ 4. 什么是机械制造系统，它具有哪些特点？简要分析机械制造系统的运行过程。 5. 以机械制造系统为例，分析此类系统运作的基本特点，系统与环境之间存在哪些交互作用？ 6. 在查阅资料的基础上，以汽车整车制造企业为例，分析此类系统中物料流、能量流和信息流涵盖的内容。 7. 以家用电气产品（如电视机、冰箱、手机等）制造系统为例，分析此类系统在设计及运行过程可能存在的各类动态和随机性因素。 8．什么是连续系统和离散系统，它们存在哪些区别。结合具体案例，分析连续系统和离散系统分别具有哪些特点。 9．分析系统、模型与仿真三者之间的关系。对系统而言，建模与仿真技术具有哪些作用？10．对制造系统而言，哪些方法能够分析此类系统的性能，它们各具有什么特点？为什么计算机仿真技术的应用越来越普遍？ 11. 与实物试验相比，基于模型的试验具有哪些优点？ 12. 总体上，系统模型可以分为哪些类型？简要分析每类模型的特点，并给出具体案例。13．制造系统的建模与仿真具有哪些特点？ 14. 对制造系统而言，仿真研究的目标可以分为哪几种类型？ 15. 分别从“设计决策”和“运行决策”的角度出发，分析仿真技术可以为制造系统设计及运行提供决策支持。 16. 仿真技术本身具有优化系统设计的功能吗？为什么？试解释之。 17. 在查阅资料的基础上，比较仿真技术与运筹学方法的异同之处。 18. 从建模和仿真研究的角度，机械制造系统建模和仿真时通常涉及哪些类型的建模元素？ 19. 以制造系统及物流系统为对象，在查阅资料的基础上，了解下列术语在系统性能评估中的作用，分析仿真技术与它们之间的关系。 ⑴系统（system）

系统建模与仿真课程简介

系统建模与仿真开课对象：工业工程开课学期：6 学分：2学分；总学时：48学时；理论课学时：40学时；实验学时：0 学时；上机学时：8学时先修课程：概率论与数理统计教材：系统建模与发展，齐欢，王小平编著，清华大学出版社，2004.7 参考书：【1】离散事件系统建模与仿真，顾启泰，清华大学出版社【2】现代系统建模与仿真技术，刘兴堂，西北工业大学出版社【3】离散事件系统建模与仿真，王维平，国防科技大学出版社【4】系统仿真导论，肖田元，清华大学出版社【5】建模与仿真，王卫红，科学出版社【6】仿真建模与分析(Simulaton Modeling and Analysis)(3rd eds.)，Averill M. Law, W.David Kelton，清华大学出版社/McGraw-Hill 一、课程的性质、目的和任务建模与仿真是当代现代科学技术的主要内容，其技术已渗透到各学科和工程技术领域。本课程以一般系统理论为基础，让学生掌握适用于任何领域的建模与仿真的一般理论框架和基本方法。本课程的目的和任务是使学生： 1．掌握建模基本理论； 2．掌握仿真的基本方法； 3．掌握一种仿真语言及仿真软件； 4．能够运用建模与仿真方法分析、解决工业工程领域的各种常见问题。二、课程的基本要求 1．了解建模与仿真的作用和发展，理解组成要素。 2．掌握建模的几种基本方法，及模型简化的技术手段。 3．掌握建模的一般系统理论，认识随机数的产生的原因及统计控制方式。 4．能对离散事件进行仿真，并能分析运行结果。三、课程的基本内容及学时分配第一章绪论（3学时） 1．系统、模型、仿真的基本概念

系统建模与仿真习题3及答案

系统建模与仿真习题三及答案 1.已知系统 )24(32)(21+++=s s s s s G 、2 103)(2+-=s s s G 求G 1(s)和G 2(s)分别进行串联、并联和反馈连接后的系统模型。解： clc;clear; num1=[2 3]; den1=[1 4 2 0]; num2=[1 -3]; den2=[10 2]; G1=tf(num1,den1); G2=tf(num2,den2); Gs1=series(G1,G2) Gp1=parallel(G1,G2) Gf=feedback(G1,G2) 结果： Transfer function: 2 s^2 - 3 s - 9 ------------------------------ 10 s^4 + 42 s^3 + 28 s^2 + 4 s Transfer function: s^4 + s^3 + 10 s^2 + 28 s + 6 ------------------------------ 10 s^4 + 42 s^3 + 28 s^2 + 4 s Transfer function: 20 s^2 + 34 s + 6 -------------------------------- 10 s^4 + 42 s^3 + 30 s^2 + s – 9 2.某双闭环直流电动机控制系统如图所示：

利用feedback( )函数求系统的总模型。解：模型等价为：编写程序： clc;clear; s=tf('s'); G1=1/(0.01*s+1); G2=(0.17*s+1)/(0.085*s); G3=G1; G4=(0.15*s+1)/(0.051*s); G5=70/(0.0067*s+1); G6=0.21/(0.15*s+1); G7=(s+2)/s; G8=0.1*G1; G9=0.0044/(0.01*s+1); sys1=feedback(G6*G7,0.212); sys2=feedback(sys1*G4*G5,G8*inv(G7)); sys=G1*feedback(sys2*G2*G3,G9) 结果： Transfer function:

生产系统建模与仿真

《建模与仿真》课程教学大纲 (Modeling and Simulation) 课程编码：学分：2.5 总学时：40 适用专业：工业工程先修课程：生产计划与控制、工程统计学、工程数学、运筹学、计算机编程技术一、课程的性质、目的和任务《建模与仿真》是面向工程实际的应用型课程，是工业工程系的主导课程之一。学生通过本课程的学习能够初步运用仿真技术来发现生产系统中的关键问题，并通过改进措施的实现，提高生产能力和生产效率。本课程的目的是要求学生通过学习、课堂教育和上机训练，能了解如何运用计算机仿真技术模拟生产系统的布置和调度管理。并熟悉和掌握计算机仿真软件的基本操作和能够实现的功能。使学生了解计算机仿真的基本步骤。结合本课程的特点，使学生掌握或提高系统化分析问题和解决问题的能力,为系统化管理生产打下基础。二、教学基本要求具体在教学过程中要求学生应该达到： 1.全面了解本课程的性质与任务、框架内容以及理论和方法； 2.掌握仿真的概率统计基础知识。 3.掌握供理论模型建模方法。 4.掌握仿真模型的设计与实现方法。 5.熟练应用建模理论,对排队系统、库存系统、加工制造系统进行建模仿真。三、教学内容与学时分配离散事件系统仿真是仿真技术的重要领域，在规划论证、方案评估、计划调度、加工制造、产品试验、生产培训、训练模拟、管理决策等方面得到广泛应用。本课程深入地介绍了离散事件系统建模仿真的理论、方法和技术，突出对理论建模方法和计算机实现技术的讲解，对离散事件系统建模仿真的发展和应用情况做了比较详尽的介绍。具体教学内容如下：第一章绪论 4学时

本章分析了系统和制造系统定义、组成与特点，介绍了系统建模与仿真的基本概念和使用步骤，并给出应用案例。本章教学目标：本章教学基本要求：了解常用术语及常用的仿真软件，了解仿真技术的的发展状况及应用。理解系统与制造系统的定义及系统建模与仿真的概念及系统、模型与仿真之间的关系。掌握制造系统建模与仿真的基本概念及基本步骤。本章教学重点：制造系统建模与仿真的原则及基本步骤。本章教学难点：制造系统建模与仿真的原则及基本步骤第一节系统与制造系统 0.3学时（一）什么是系统（二）制造系统的组成与特点第二节系统建模与仿真的基本概念。 0.3学时 (一)系统、模型与仿真的关系 (二)系统建模与仿真技术的特点第三节制造系统建模与仿真的基本概念。 0.3学时（一）制造系统建模与仿真的特点分析（二）制造系统类型及建模元素（三）制造系统仿真的功能分析第四节系统建模与仿真的基本步骤 0.4学时第五节系统建模与仿真的案例分析 0.5学时（一）连杆生产线的组成与功能分析（二）连杆生产线仿真模型的构建（三）仿真逻辑的分析与定义（四）仿真结果分析及系统优化第二章系统建模与仿真的基本原理 2学时本章在分析离散事件系统模型的分类和元素组成的基础上，介绍了建立系统模型的常用方法。本章教学目标：使学生掌握常用的系统建模方法本章教学基本要求：

根据AMESim的气动系统建模与仿真技术研究

基于AMESim的气动系统建模与仿真技术研究（版本A）

本文主要内容如下 (1)推导气体的流量、温度和压力方程。 (2)基于AMESim对普通气动回路进行仿真分析。并推导气动系统常用元件的数学方程，在此基础上对气动元件及系统进行模型仿真分析。 (3)对气动比例位置系统进行建模与仿真研究，在系统仿真模型基础上进行故障仿真研究。最后探讨基于 AMESim 的气动比例位置系统实时仿真研究。

1.气动系统建模的理论基础气动系统和元件建模的首要任务就是要充分的明确空气的物理性质和空气的热力学性质，为准确的元件建模和系统仿真奠定基础。气动元件的结构是十分复杂的，但其中的基本规律和数学描述一般还是比较清楚的。经过前人的大量研究发现，气动系统的动态特性从本质上讲可以抽象为由一些基本环节所组成，比如放气环节、惯性环节和气容充气环节等等。而它们之间又是通过压力、力、位移、容积等参数相互关联相互影响的。 1.1 流量方程流量特性表示元件的空气流通能力，将直接影响气动系统的动态特性。所有的压力降取决于下面两个基本参数： a)声速流导 C(Sonic Conductance)——[null] b)临界压力比b(Critical Pressure Ratio)[S*m4/kg] ISO6358标准孔口——

标准体积流量设绝对温度T ，绝对压力p的工况下的体积流量为Q，基准状态和标准状态下的体积流量可表示为：空气压缩机的输出流量通常用换算到吸入口的大气状态下的体积流量来表示。以上公式同样适用于从吸入口的大气状态到基准或标准状态的换算。气动孔口流量在气动系统中，一般需要计算通过节流口的气体压力、流量、温度等参数，但是由于气体的可压缩性，气体在通过节流口时是个很复杂的过程，节流口前后的流道突然收缩或扩张，气体在孔口前后均会形成涡流，产生强烈的摩擦，因而机械能变成热能具有不可逆过程。同时，由于流体运动的极不规则，同一界面上的各点参数极不均匀。为了研究气体的流量特性，基本上可将阀中的节流口理想地等价为一个小孔或收缩喷嘴，并用小孔或者收缩喷嘴的流量特性来表示其流量特性。

物流系统建模与仿真-考前复习题资料-共12页

物流系统建模与仿真考前复习题 1、名词解释（5*4分）（1）系统：系统是由若干可以相互区别、相互联系而又相互作用的要素所组成，在一定的阶层结构形成中分布，在给定的环境约束下，为达到整体的目的而存在的有机集合体。（2）物流系统模型：物流系统模型是对物流系统特征要素、有关信息和变化规律的一种抽象表达，描述了系统各要素之间的相互关系、系统与环境之间的相互作用，以反映系统的某些本质。（3）系统仿真：应用数学模型、相应的实用模型的装置、计算机系统、部分实物的仿真系统，对某一给定系统进行数学模拟、半实物模拟、实物模拟，以便分析、设计、研究这种给定系统；或者利用这种仿真训练给定系统的专业人员。（4）离散事件系统：指系统状态在某些随机时间点上发生离散变化的系统。离散事件动态系统，本质上属于人造系统（4）实体：实体是描述系统的三个基本要素(实体、属性、活动)之一。在离散事件系统中的实体可分为两大类：临时实体及永久实体。在系统中只存在一段时间的实体叫临时实体。这类实体由系统外部到达系统，通过系统，最终离开系统。临时实体按一定规律不断地到达(产生)，在永久实体作用下通过系统，最后离开系统，整个系统呈现出动态过程。（5）事件：事件就是引起系统状态发生变化的行为。从某种意义上说，这类系统是由

事件来驱动的。在一个系统中，往往有许多类事件，而事件的发生一般与某一类实体相联系，某一类事件的发生还可能会引起别的事件发生，或者是另一类事件发生的条件等，为了实现对系统中的事件进行管理，仿真模型中必须建立事件表，表中记录每一发生了的或将要发生的事件类型和发生时问，以及与该事件相联的实体的有关属性等。（6）仿真时钟：仿真钟用于表示仿真时间的变化。离散事件动态系统的状态是在离散时间点上发生变化的，并且由于引起状态变化的事件发生时间的随机性，仿真钟的推进步长是随机的。如果两个相邻发生的事件之间系统状态不发生任何变化，则仿真钟可以跨过这些“不活动”周期。从一个事件发生时刻推进到下一事件发生时刻，仿真钟的推进呈跳跃性，推进速度具有随机性。（7）事件调度法：仿真模型中的时间控制部件用于控制仿真钟的推进。在事件调度法中，事件表按事件发生时间先后顺序安排事件。时间控制部件始终从事件表中选择具有最早发生时问的事件记录，然后将仿真钟修改到该事件发生时刻。对每一类事件，仿真模型有相应的事件子程序。每一个事件记录包含该事件的若干个属性，其中事件类型是必不可少的，要根据事件类型调用相应的事件子程序。在事件子程序中，处理该事件发生时系统状态的变化，进行用户所需要的统计计算；如果是条件事件，则应首先进行条件测试，以确定该事件是否确能发生。如果条件不满足，则推迟或取消该事件。该事件子程序处理完后返回时问控制部件。（8）进程交互法：一个进程包含若干个有序事件及有序活动。进程交互法采用进程描述系统，它将模型中的主动成分所发生的事件及活动按时间顺序进行组合，从而形成进程表，一个成分一旦进入进程，它将完成该进程的全部活动。（9）连接：通过对象之间的连接定义仿真模型的流程，模型中对象之间是通过端口来

生产系统建模与仿真课程设计说明书

目录 1．课程设计题目 (2) 2．任务分析 (2) 3．解题分析过程 (3) 3.1顺序移动方式 (3) 3.2平行移动方式 (6) 3.3平行顺序移动方式 (9) 4．三种移动方式的综合分析与评价 (12) 4.1零件的三种移动方式的比较 (12) 4.2三种移动方式的综合分析 (12) 5．设计最优方案 (13) 5.1设计移动方式 (13) 5.2设计小结 (16) 6．课程设计总结 (16)

生产系统建模与仿真课程设计 1．课程设计题目现要加工n 个相同零件，n=8+学号个位数，共8道工序，工序如下：请设计一种你认为好的方案，说明设计方法、过程、理由、结果，并输出该方案的总加工时间、总设备等待时间、总设备闲置时间，flexsim 仿真结果，工序图、以及方案分析报告。设计要求：提交设计说明书。 2．任务分析本题要加工的是17个（n=8+学号个位数=8+9=17）相同的零件，共经过8道加工工序。其中，工序一、工序二分别有两台可用设备，工序七有三台可用设备。同时，工序二与工序三之间、工序四至六之间、以及工序八与其他工序之间无先后之分。设计过程中，如果只考虑总生产时间最短，整个工艺过程管理起来将会很复杂。我设定了一个最优方案的标准，即在总生产时间尽可能小的前提下，将工艺过程优化，使组织管理更加方便，而且，还要考虑到设备的闲置时间、设备的等待时间以及任务的等待时间。工序一12分钟，两台可用设备工序二12分钟，两台可用设备工序三10分钟，一台可用设备工序四17分钟，一台可用设备工序五15分钟，一台可用设备工序六8分钟，一台可用设备工序七22分钟，三台可用设备工序八5分钟，一台可用设备，与以上工序无先后之分以上两工序之间无先后之分以下三工序之间无先后之分

生产系统建模与仿真试卷(A卷)

上海海洋大学试卷姓名：学号：专业班名：一．简述题（共40分） 1.什么是事件？在单通道排队系统中，哪两个典型事件影响系统的状态？这两个典型事件分别发生时，可能会改变系统哪些状态？（5分）事件是指引起系统状态发生变化的行为或者事情在单通道派对系统中的典型事件是：顾客到达和服务结束顾客到达发生，系统可能会由闲开始变为忙，可能引起队长发生变化服务结束，系统的状态可能有忙变为闲，可能引起队长发生变化 2.分析FMS（柔性制造系统）中的实体、状态、事件和活动。要求每一项写出2个。（8分）实体：机床、工件状态：空闲、加工事件：工件到达、加工结束活动：工件到达与工件加工开始这之间的一段事件是一个活动

3．在排队模型中，假定用链表来存放排队等待服务的顾客。链表中只有“到达时间”这样的单属性，当前CLOCK ＝10，已用空间表和可用空间表的情形见下图1，并且任何时候队列中的顾客数不会超过4位。若已知排队系统中依次发生的事件如下表1。请根据表1中列出的事件画出CLOCK ＝15，CLOCK ＝20，CLOCK ＝25时的已用空间表和可用空间表的情形（注意：画出的图形中必须标上行号）。（8分）

4．库存系统仿真中有哪4种类型的事件？当这4种事件同时发生时，系统如何处理4种事件？（4分） 1 货物到达 2 顾客需求 3 仿真结束 4 月初清库 5．请问输入数据分析的基本步骤有哪些，并简述各个步骤的基本内容？（6分）输入数据收集分布的识别参数估计拟合度检验 6．在稳态仿真中，哪两种方法能够提高仿真结果的精度？（4分）重复运行次数和增加运行长度

系统建模与仿真实验报告

实验1 Witness仿真软件认识一、实验目的熟悉Witness 的启动；熟悉Witness2006用户界面；熟悉Witness 建模元素；熟悉Witness 建模与仿真过程。二、实验内容 1、运行witness软件，了解软件界面及组成； 2、以一个简单流水线实例进行操作。小部件（widget）要经过称重、冲洗、加工和检测等操作。执行完每一步操作后小部件通过充当运输工具和缓存器的传送带（conveyer）传送至下一个操作单元。小部件在经过最后一道工序“检测”以后，脱离本模型系统。三、实验步骤仿真实例操作: 模型元素说明：widget 为加工的小部件名称；weigh、wash、produce、inspect 为四种加工机器，每种机器只有一台；C1、C2、C3 为三条输送链；ship 是系统提供的特殊区域，表示本仿真系统之外的某个地方；操作步骤： 1：将所需元素布置在界面：

2：更改各元素名称：如; 3:编辑各个元素的输入输出规则：

4:运行一周（5 天*8 小时*60 分钟=2400 分钟），得到统计结果。5:仿真结果及分析： Widget：各机器工作状态统计表：

分析：第一台机器效率最高位100%，第二台机器效率次之为79%，第三台和第四台机器效率低下，且空闲时间较多，可考虑加快传送带C2、C3的传送速度以及提高第二台机器的工作效率，以此来提高第三台和第四台机器的工作效率。 6：实验小结：通过本次实验，我对Witness的操作界面及基本操作有了一个初步的掌握，同学会了对于一个简单的流水线生产线进行建模仿真，总体而言，实验非常成功。

《生产物流系统建模和仿真》课程设计报告

《生产物流系统建模与仿真》课程设计 2012-2013学年度第一学期姓名孙会芳学号 099094090 班级工093 指导老师暴伟霍颖

目录一、课程任务书 (3) 1.题目............................................................... (3) 2.课程设计内容 (3) 3.课程设计要求 (4) 4.进度安排 (4) 5.参考文献 (4) 二、课程设计正文 (5) 1、题目 (5) 2、仿真模型建立 (5) （1）实体元素定义 (5) （2）元素可视化的设置 (6) （3）元素细节设计 (8) (4 ) 模型运行和数据.................................................................. . (10) （5）模型代码 (12) （6）模型改进 (16) 3.实验感想 (17)

三、参考文献 (18) 《生产物流系统建模与仿真》课程设计任务书 1. 题目离散型流水作业线系统仿真 2. 课程设计内容系统描述与系统参数：（1）一个流水加工生产线，不考虑其流程间的空间运输。（2）两种工件A，B分别以正态分布和均匀分布的时间间隔进入系统，A进入队列Q1, B进入队列Q2，等待检验。（学号最后位数对应的仿真参数设置按照下表进行）（3）操作工人labor1对A进行检验，每件检验用时2分钟，操作工人labor2对B进行检验，每件检验用时2分钟。（4）不合格的工件废弃，离开系统；合格的工件送往后续加工工序，A的合格率为65%，B的合格率为95%。（5）工件A送往机器M1加工，如需等待，则在Q3队列中等待；B送往机器M2加工，如需等待，则在Q4队列中等待。（6）A在机器M1上的加工时间为正态分布（5，1）分钟；B在机器M2上的加工时间为正态分布（8，1）分钟。

第一章系统建模与仿真概述

第一章系统建模与仿真概述系统：系统是由两个以上相互区别或相互作用的单元有机的结合在起来，完成某一功能的综合体。系统的特征：1.系统的整体性 2.系统的层次性 3.系统的相关系 4.系统的目的性 5.系统对环境的适应性系统：模型：模型是对系统的特征要素，有关信息和变化规律的一种抽象表述、它反映了系统某些本质属性，描述了系统各要素间的相互关系，系统与环境之间的相互作用。模型的意义：1.客观实体系统很难做试验，或者根本不能做实验。 2.对象问题虽然可以做试验，但是利用模型更便于理解。 3.模型易于操作，利用模型的参数变化来了解现实问题的本质和规律更加经济方便。系统模型的种类：抽象模型和形象模型抽象模型：数学模型图形模型计算机模型概念模型形象模型：模拟模型实体模型建立模型的步骤： 1.弄清问题，掌握实际情况 2.搜集资料 3.确定因素之间的关系 4.构造建模 5.求解模型 6.检验模型的正确性系统建模预防针的一般方法和步骤（P17）仿真的发展趋势：建模方法面对对象仿真分布交互仿真人工智能与计算机仿真虚拟现实仿真 Internet网上仿真第二章商贸物流系统建模与仿真商贸流通在社会经济中的地位与作用：1，商贸流通是连接生产和消费的纽带； 2，商贸流通对生产具有反作用； 3，商贸流通是国民经济现代化的支柱。商贸活动的内容： 1，商流，对象物所有权转移的活动称为商流。 2，物流，是指事物从供给方向需求方的转移。

3，资金流，主要是指资金流的转移过程，包括付款，转账等过程，是整个商贸活动的目的。 4，信息流，指商品信息的提供，商品促销信息，技术支持，售后服务等内容，也包括诸如询单价，报单价，付款通知单，转账通知单等商业贸易单证以及交易方的支付能力和支付信誉。预测：所谓预测就是人们对某一不确定的或未知事件的表述。预测的作用：从变化的事物中找出使事物发生变化的变化的固有规律，寻找和研究各种变化现象的背景及其演变的逻辑关系，从而去揭示事物未来的面貌。判断预测方法：一，部门负责人评判预测法；二，销售人员估计法；三，德尔菲法；四，历时类比法。德尔菲法：依靠技术专家小组背靠背景来判断，来代替面对面的会议，是不同专家将分歧的幅度和理由都能够表达出来，经过客观分析以求达到客观规律的一致意见。时间序列预测技术：一，移动平均预测法（计算题p30例2）；二，指数平均预测法。 DRP：是分销需求计划的简称，它是MRP原理和技术在流通领域中的应用。该技术主要解决分销物资的应用和调度问题，其基本目标是合理进行分销物资和资源配置，以达到既有效地满足市场需求优势的配置费用最省的目的。 *DRP的基本概念 1.库存：指仓库或物流中心实际存在的物资数量。 2.安全库存：为便于生产经营活动正常进行，防止因需求货供应的波动引起缺货或停工待料，经常在仓库各项目保持一定数量的计划库存量，成为安全库存。 3.期初和期末库存：指在论述的时间段开始和结束时本单位的实际库存。 4.进货提前期：指从发出订货到所定货物运回并入库所需要的时间长度。 5.送货提前期：指从接收订单到货物送到用户手中并接收入库的时间长度。 6.在途物资：指供应商已经接受订单备货，但尚未来到本单位入库的物资。 7.订货批量：指一次订货所订的物资数量。 8.时间周期：就是根据实际需要划分的时间段信息，如一日，周，月划分。 9.计划期：是指DRP尽心运算的整个时间段，可能是一个月，一个季度或一年，他可划分为几个计划周期。 10.物流中心：从事物流活动的具有完善的信息网络的场所或组织。 BOD简介：B OD是MRP中物料清单BOM的概念和结构在分销领域的运用，它同BOM在产品结构树中连接各零件和成品一样，在供应方和各个需求方之间架起了一座沟通的桥梁。 DRP在分销网络中的运作原理（p43DRP原理图）

制造系统建模与仿真知识点

知识点2 1. 结合具体制造系统或服务系统，分析离散事件动态系统的基本特征。 2. 什么叫“状态空间爆炸”？产生状态空间爆炸的原因是什么？它给系统性能分析带来哪些挑战？ 3. 常用的离散事件系统建模方法有哪些，它们是如何分类的？ 4. 什么是马尔可夫特性？它在离散事件系统建模与分析中有什么作用？ 5. 根据功能不同，仿真模型（程序）可以分为哪三个层次？分析三个层次之间的关系。 6. 分析事件调度法、活动循环法、进程交互法和消息驱动法等仿真调度方法的特点，在分析每种调度方法基本原理的基础上，阐述几种仿真调度方法之间的区别与联系，并绘制每种仿真调度方法的流程图。 7. 结合具体的离散事件系统，如银行、理发店、餐厅、超市、医院、作业车间等，采用事件调度法、活动循环法或进程交互法分析建立此类系统的仿真模型，试分析仿真模型中的建模元素以及仿真调度流程。 8. 从系统描述、建模要点、仿真时钟推进机制等层面，比较事件调度法、活动循环法和进程交互法的异同之处。 9. 什么叫仿真时钟，它在系统仿真中有什么作用？什么叫仿真时钟推进机制？常用的仿真时钟推进机制有哪些？它们的主要特点是什么，分别适合于怎样的系统？ 10.结合具体的离散事件系统，分析若采用固定步长时间推进机制、下次事件时间推进机制或混合时间推进机制时，分别具有哪些优点和缺点，以图形或文字等形式分析时钟推进流程。 11.什么叫仿真效率？什么叫仿真精度？分析影响仿真效率和仿真精度的因素？ 12.从仿真效率和仿真精度的角度，分析和比较三种仿真时钟推进机制的特点，并分析三种仿真时钟推进机制分别适合于什么样的系统？ 13. 什么是蒲丰投针试验？绘制蒲丰投针试验原理图，通过推导蒲丰投针试验中针与任一直线相交的概率，分析采用随机投针试验方法来确定圆周率π的原理。 14. 按照蒲丰投针试验的条件和要求，完成投针试验，在统计投针次数、针与直线的相交次数的基础上，求解π的估计值，并以报表或图形等形式表达试验结果。具体要求如下： ①自行确定针的长度、直线之间的距离。 ②投针10次、20次、30次、40次、50次、…、100次、…、200次、…，分别计算针与直线相交的概率、π的估计值。 ③以一随机变量描述上述试验结果，并通过编程或采用商品化软件，以图形、报表等形式表示投针试验结果，分析其中的规律，并给出结论。 ④写出试验报告。 ⑤在熟悉投针试验原理的基础上，编制投针试验仿真程序，动态运行投针试验的过程。15．什么是蒙特卡洛仿真？它有什么特点，蒙特卡洛仿真应用的基本步骤是什么？ 16．采用C或C++等语言，分别编写产生均匀分布、正态分布、指数分布以及威布尔分布的伪随机数序列，通过改变每种分布中参数的数值，分析不同参数数值对随机数值的影响；通过对所产生的伪随机数分布区间的统计、分析和绘图，检验伪随机数的特性及其数值特征。 17. 对于制造系统而言，库存有哪些作用和功能？ 18. 在制造企业中，库存大致可以分成四种类型。简要论述四种库存的名称和功能。 19. 什么是安全库存、订货提前期？确定安全库存和订货提前期时分别需要考虑哪些因素？ 20. 什么叫“订货点法”？要确定订货点，需要哪些条件？订货点法适合于怎样的库存系统？